[实用新型]潜水起旋墩竖井旋流消能泄洪洞

说明书

【技术领域】

本实用新型涉及水利水电工程中一种无闸门控制的水库泄洪形式。

【背景技术】

在水利水电工程中，水库挡水建筑物为土石坝时，常采用的溢洪道或泄洪洞方式泄洪，但当坝址两岸地形较陡，不具备做溢洪道条件时，往往选择采用泄洪洞方式，且常结合施工导流洞布置。

目前的泄洪洞有采用环形堰竖井泄洪洞，但其流量和水头都不大。随着工程规模升级出现溢流堰和竖井壁面常出现水流分离现象产生很大的负压，特别是由于开挖边坡的影响，进水口出现漩涡影响泄流能力和竖井产生不稳定的涡袋可能引起结构物振动，甚至有的竖井发生了井喷现象。因竖井很容易产生负压，所以必须设置环形掺气坎或堰下竖井断面突扩，或将竖井下部改成收缩段提高竖井压力，同时还要在竖井与出水洞的转弯连接段上设置收缩坎和通气孔道防止洞顶发生空蚀破坏。为此，对竖井泄洪洞的应用受到了很大的限制。

【发明内容】

鉴于目前竖井泄洪洞存在上述问题与缺点，本实用新型提供一种用于无闸门控制的潜水起旋墩竖井旋流消能泄洪洞。

本实用新型所述的泄洪洞，由依次相连的进水口、竖井、平洞和出水洞组成，其中在进水口的环形堰外侧上对称地设有若干个起旋墩，每个起旋墩与环形堰外侧切线之间的夹角小于15°。

在一个优选的实施例中，所述的起旋墩的高程低于水库最高水位。

在一个更优选的实施例中，每个起旋墩与环形堰外侧切线之间的夹角为10°。其中，可以最优选地在环形堰外侧上对称地设置6-10个起旋墩。

在另一个优选的实施例中，所述平洞内还设有集水消力墩，并且集水消力墩下游的平洞内设有一块顶压板，顶压板的横剖面是倒三角形。其中可以进一步优选地将顶压板设置成横剖面为倒直角三角形。也可以进一步优选地将顶压板的高度设为平洞高度的1/3。还可以进一步优选地在顶压板的顶端沿平洞横轴方向上设置一个直径为1m的通气孔，该通气孔穿过了整个顶压板。

在一个更优选的实施例中，集水消力墩的横剖面是三角形。也可以进一步优选地将集水消力墩的高度设为平洞高度的1/3。

在另一个优选的实施例中，所述的进口环形堰的体型方程为1/4椭圆。也可以进一步优选长轴为10m，短轴为4m。

本实用新型中设置的起旋墩使环形堰和竖井产生稳定的带有空气腔的旋转流运动，利用旋流离心力和掺入大量空气消除溢流堰、竖井壁面的负压，防止结构物发生空蚀，同时提高消能率，使消能率大于80％，使出口段洞内流速降至15m/s左右。

【附图说明】

图1为本实用新型优选实施方式的结构示意图；

图2为图1中进水口处的A-A视图；

图3为图1的C-C剖视图；

图4为图1的D-D剖视图；

图中，1-进水口、2-环形堰、3-起旋墩、4-竖井、5-平洞、6-集水消力墩、7-水垫塘、8-顶压板、9-通气孔、10-出水洞。

【具体实施方式】

本实用新型所述的泄洪洞，由依次相连的进水口1、竖井4、平洞5和出水洞10组成。

其中在进水口1的环形堰2外侧上对称地设有6-10个起旋墩3，每个起旋墩3与环形堰2外侧切线之间的夹角小于15°，优选为10°。起旋墩3的高程略低于水库最高水位。

这样的设计使环形堰2和竖井4产生稳定的带有空气腔的旋转流运动，利用旋流离心力和掺入大量空气消除溢流堰、竖井4壁面的负压，同时提高消能率，防止结构物发生空蚀，降低洞内流速。

在平洞5内沿水流方向依次设有集水消力墩6和顶压板8，集水消力墩6设置在平洞5的底部，而顶压板8设置在平洞5的顶部。其中，集水消力墩6的横剖面是三角形，其高度为平洞5高度的1/3。而顶压板8的横剖面是倒三角形，优选倒等腰直角三角形，其高度为平洞5高度的1/3。

这样的设计使集水消力墩6下游形成一个水垫塘7。而水垫塘7下游的顶压板8为水垫塘7增压，使顶压板8下游可以形成稳定的明流流态。

此外，在顶压板8的顶端沿平洞5横轴方向上设置一个直径为1m的通气孔9，该通气孔9穿过了整个顶压板8。

通气孔9通过顶压板8下游的负压作用将空气吸到顶压板8下游，消除了顶压板8下游的负压涡，使顶压板8下游形成比较平稳的明流流态，水面比较平稳的流入出口消力池。